届高考物理一轮复习讲义第二章第1讲 重力 弹力 摩擦力人教版Word文件下载.docx
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三、弹力
发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用.
2.产生条件
(1)物体相互接触.
(2)物体发生弹性形变.
3.方向:
弹力的方向总是与产生弹力的物体形变的方向相反.
4.大小
(1)胡克定律:
弹簧类弹力在弹性限度内遵守F=kx.
(2)非弹簧类弹力的大小应由平衡条件或牛顿第二定律求解.
四、摩擦力
名称
项目
静摩擦力
滑动摩擦力
定义
两个相对静止的物体间的摩擦力
两个相对运动的物体间的摩擦力
产生
条件
(1)接触面粗糙
(2)接触处有压力
(3)两物体间有相对运动趋势
(3)两物体间有相对运动
大小、
方向
大小:
0<
Ff≤Ffm
方向:
与受力物体相对运动趋势的方向相反
Ff=μFN
与受力物体相对运动的方向相反
作用
效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
(1)接触面处有摩擦力时一定有弹力,且弹力与摩擦力的方向总垂直,反之不一定成立.
(2)“Ff=μFN”中FN“并不一定等于物体的重力”
(3)“阻碍”是指阻碍研究对象与其接触的物体间的相对运动,但并不一定阻碍物体的运动.
1.下列关于重力的说法中正确的是( )
A.由G=mg可知,物体的质量与重力成正比
B.同一物体在地球上各处重力相同
C.重力就是地球对物体的吸引力,其方向必定指向地心
D.重力的大小不是总等于竖直测力计对物体的拉力
解析:
质量是物体所含物质的多少,是物体本身固有的属性,与重力大小无关,选项A错误;
同一物体在地球上的不同位置,重力大小略有差别,方向也不相同,选项B错误;
重力是由于地球对物体的吸引而产生的,其大小一般小于地球对物体的吸引力,方向是竖直向下而非指向地心,选项C错误;
用测力计竖直悬挂物体,只有当物体处于静止(或匀速直线运动)状态时,测力计的读数才等于物体的重力的大小,选项D正确.
答案:
D
2.一辆汽车停在水平地面上,下列说法中正确的是( )
A.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;
汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
B.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;
汽车受到了向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
C.汽车受到向上的弹力,是因为地面发生了弹性形变;
地面受到向下的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
D.以上说法都不对
C
3.(2013·
湖北孝感市模拟)下列说法正确的是( )
A.摩擦力的大小一定与该处压力的大小成正比
B.压力发生变化时,该处摩擦力可能不变
C.摩擦力的方向与该处压力的方向可能不垂直
D.摩擦力的方向不是与物体运动方向相同,就是与物体运动方向相反
静摩擦力的大小与该处的正压力没有直接关系,选项A错误、B正确;
摩擦力的方向与接触面相切,弹力方向与接触面垂直,故摩擦力方向一定与弹力方向垂直,选项C错误;
水平匀速旋转的转盘上的物体受到的摩擦力与运动方向垂直,所以选项D错误.
B
4.如图甲所示,小孩用80N的水平力推木箱不动,木箱此时受到水平地面的摩擦力大小为F1;
如图乙所示,小孩把木箱推动了,此时木箱与水平地面间摩擦力大小为F2,若木箱对水平地面的压力大小为200N,木箱与水平地面间的动摩擦因数为0.45,则F1、F2的大小分别为( )
A.90N、80N B.80N、45N
C.80N、90ND.90N、90N
甲图是静摩擦力,由平衡条件得:
F1=80N,乙图是滑动摩擦力,由Ff=μFN得Ff=0.45×
200N=90N,故选项C正确.
5.如图所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计,平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是( )
A.F1=F2=F3B.F1=F2<
F3
C.F1=F3>
F2D.F3>
F1>
F2
第一个图中,以弹簧下面的小球为研究对象,第二个图中,以悬挂的小球为研究对象,第三个图中,以小球为研究对象.第一个图中,小球受竖直向下的重力mg和弹簧向上的弹力,二力平衡,F1=mg;
后面两个图中,小球受竖直向下的重力和细线的拉力,二力平衡,弹簧的弹力大小均等于细线拉力的大小,则F2=F3=mg,故三图中平衡时弹簧的弹力相等.
A
1.弹力有无的判断方法
(1)直接判断
根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力.此方法多用来判断形变较明显的情况.
(2)利用假设法判断
对形变不明显的情况,可假设两个物体间不存在弹力,即把与我们所研究的物体相接触的其他物体去掉,看物体还能否保持原有的状态,若运动状态不变,则此处不存在弹力,若运动状态改变,则此处一定存在弹力.
(3)根据“物体的运动状态”判断
物体的受力必须与物体的运动状态符合,依据物体的运动状态,由物体受力平衡(或牛顿第二定律)列方程来判断物体间的弹力是否存在.
2.弹力方向的判断方法
类型
方向的判定
举例
接触方式
面与面
与接触面垂直
点与面
与接触面垂直且过“点”
点与点
与公共切面垂直
轻绳
沿绳收缩的方向
轻杆
拉伸时沿杆收缩的方向,压缩时沿杆伸长的方向
对于弹力不沿杆时,应具体分析
画出图中静止的各球或杆受到的弹力.
平面与平面接触,弹力方向垂直于平面;
平面与曲面接触,弹力方向垂直于平面,也垂直于曲面过接触点的切面;
曲面与曲面接触,弹力方向垂直于公切面;
点与平面接触,弹力方向垂直于平面;
点与曲面接触,弹力方向垂直于曲面过接触点的切面.根据不同接触面上弹力的特点,作图如图所示.
(1)弹力方向的判断
①先明确两物体间作用的类型,②再根据各种类型的特点来判断弹力的方向.
(2)计算弹力大小常见的三种方法
①根据力的平衡条件进行求解.
②根据胡克定律F=kx进行求解.
③根据牛顿第二定律进行求解.
1-1:
(2012·
深圳市阶段性检测)如图所示,一重为8N的球固定在AB杆的上端,今用测力计水平拉球,使杆发生弯曲,此时测力计的示数为6N,则AB杆对球作用力的大小及方向为( )
A.6N,竖直向上
B.8N,竖直向下
C.10N,斜左上与竖直方向的夹角为37°
D.12N,斜右上与竖直方向的夹角为53°
取球受力分析如图所示,由平衡条件知F杆=
N=10N.
设F杆与竖直方向的夹角为θ,
则tanθ=
=
所以θ=37°
.
1.静摩擦力的有无及其方向的判定方法
(1)假设法
利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下:
(2)状态法:
从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件,并进一步分析组成条件中静摩擦力所起的作用,从而判断出静摩擦力的有无及方向.
(3)利用牛顿第三定律来判断:
此法的关键是抓住“力是成对出现的”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力方向.
2.滑动摩擦力方向判断的关键——对“相对运动”的理解
“相对运动”是指研究对象相对于与其接触的物体是运动的.因此,研究对象与其接触的物体可能一个静止,另一个运动(如物体在地面上运动时,物体是运动的,地面是静止的),也可能两者都是运动的.
如图甲、乙所示,物体A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动,关于物体A所受的摩擦力,下列说法正确的是( )
A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相同
B.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相反
C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力
D.甲图中物体A不受摩擦力,乙图中物体A受摩擦力,方向和F相同
图甲中,假设A、B之间光滑接触,则物体A在水平方向不受任何外力作用,A仍可保持原来的匀速直线运动,故A不受摩擦力;
图乙中,假设物体A不受摩擦力或所受摩擦力沿斜面向下时,则A将会在重力沿斜面向下的分力或该分力与摩擦力的合力作用下,沿斜面向上做匀减速直线运动,与题设条件矛盾,故A所受摩擦力应沿斜面向上.
2-1:
一个斜面体上搁置一根只能沿竖直方向运动的直杆,杆与斜面接触面粗糙.斜面体水平向右运动过程中,发现杆匀加速上升,如图所示,关于斜面体对杆的作用力,下列判断正确的是( )
A.斜面对杆的滑动摩擦力沿斜面向下
B.斜面对杆的滑动摩擦力沿斜面向上
C.斜面体对杆的作用力竖直向上
D.斜面体对杆的作用力竖直向下
杆匀加速上升,斜面体水平向右运动,杆相对于斜面体向上滑动,因此杆受的摩擦力沿斜面向下,A对,B错;
杆受的支持力垂直于斜面向上,杆受斜面体的作用力斜向右上方,C、D项错误.
有三个相同的物体叠放在一起,置于粗糙水平地面上,物体之间不光滑,如图所示.现用一水平力F作用在乙物体上,物体仍保持静止,下列说法正确的是( )
A.丙受到地面的摩擦力大小为F,方向水平向左
B.甲受到水平向右的摩擦力作用
C.乙对丙的摩擦力大小为F,方向水平向右
D.丙对乙的摩擦力大小为F,方向水平向右
甲、乙、丙均处于静止状态,确定丙与地面间的摩擦力可采用整体法.研究甲、乙、丙的受力情况时,需要将它们隔离开进行分析.
对于选项A,以甲、乙、丙三者整体为研究对象,此整体在水平方向上受平衡力的作用,因此丙受到地面的摩擦力大小等于拉力F,方向水平向左,选项A正确;
对于选项B,以甲为研究对象,甲不受摩擦力,选项B错误;
对于选项C,乙对丙的摩擦力
与丙对乙的摩擦力大小相等、方向相反,由此可知,乙对丙摩擦力的大小等于F,方向水平向右,故选项C正确,选项D错误.
AC
1.静摩擦力大小的计算
根据物体的运动状态求解
(1)若物体处于平衡状态,利用平衡条件求解.
(2)若物体有加速度,利用牛顿第二定律和受力分析结合起来求解.
2.滑动摩擦力大小的计算
(1)滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,但应注意:
①μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关,FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力.
②滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面的面积大小也无关.
(2)根据物体的运动状态求解
①若物体处于平衡状态,利用平衡条件求解.
②若物体有加速度,利用牛顿第二定律和受力分析结合起来求解.
3-1:
(2013·
银川模拟)在水平力F作用下,重为G的物体沿墙壁匀速下滑,如图所示,若物体与墙之间的动摩擦因数为μ,则物体所受的摩擦力的大小为( )
A.μF B.μF+G
C.GD.
由Ff=μFN得Ff=μF,A正确,B错误;
由竖直方向二力平衡得F=G,C正确,D错误.
分类
说明
案例图示
静-静“突变”
物体在摩擦力和其他力作用下处于平衡状态,当作用在物体上的其他力发生突变时,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小或方向将会发生“突变”.
水平力F作用下物体静止于斜面上,F突然增大时物体仍静止,则所受静摩擦力大小或方向将“突变”.
静-动“突变”
物体的摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,如果物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”为滑动摩擦力.
放在粗糙水平面上的物体,作用的水平力从零逐渐增大,物体开始滑动,物体受地面摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力.
动-静“突变”
在摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体突然停止滑行时,物体将不受滑动摩擦力作用,或滑动摩擦力“突变”为静摩擦力.
滑块以v0冲上斜面做减速运动,当到达某位置静止时,滑动摩擦力“突变”为静摩擦力.
动-动“突变”
某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”.
水平传送带的速度v1>
v2,滑块受滑动摩擦力方向向右,当传送带突然被卡住时滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左.
(静-静“突变”)
一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图所示,其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( )
A.10N,方向向左
B.6N,方向向右
C.2N,方向向右
D.0
当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8N,可知最大静摩擦力Ffmax≥8N.当撤去力F1后,F2=2N<
Ffmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在物体上的F2等大反向.C正确.
(“静-动”突变)
长直木板的上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图所示.则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
设木板与水平面间的夹角增大到θ时,铁块开始滑动,显然当α<
θ时,铁块与木板相对静止.由力的平衡条件可知,铁块受到的静摩擦力的大小为Ff=mgsinα;
当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力.设动摩擦因数为μ,由滑动摩擦力公式得,铁块受到的滑动摩擦力为Ff=μmgcosθ.
通过上述分析知道:
α<
θ时,静摩擦力随α角增大按正弦函数增加;
当α≥θ时,滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小,所以正确选项为C.
1.(2012·
山东基本能力)力是物体间的相互作用.下列有关力的图示及表述正确的是( )
由于在不同纬度处重力加速度g不同,旅客所受重力不同,故对飞机的压力不同,A错误.充足气的篮球平衡时,篮球壳对内部气体有压力作用,即内外气体对篮球壳压力的差值等于篮球壳对内部气体的压力,故B正确.书对桌子的压力作用在桌子上,箭尾应位于桌面上,故C错误.平地上匀速行驶的汽车,其主动轮受到地面的静摩擦力是其前进的动力,地面对其从动轮的摩擦力是阻力,汽车受到的动力与阻力平衡时才能匀速前进,故D正确:
BD
2.(2013·
安庆检测)下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是( )
A.极限法 B.放大法
C.控制变量法D.等效替代法
图甲是利用光的多次反射将微小形变放大,图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变,故为放大法,B正确.
3.(2012·
海南单科)下列关于摩擦力的说法,正确的是( )
A.作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速,不可能使物体加速
B.作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速,不可能使物体减速
C.作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速,也可能使物体加速
D.作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速,也可能使物体减速
摩擦力总是阻碍物体的相对运动(或相对运动趋势),而物体间的相对运动与物体的实际运动无关.当摩擦力的方向与物体的运动方向一致时,摩擦力是动力,方向相反时为阻力,故C、D项正确.
CD
4.(2013·
揭阳模拟)如图所示,物体P放在粗糙水平面上,左边用一根轻弹簧与竖直墙相连,物体静止时弹簧的长度小于原长.若再用一个从0开始逐渐增大的水平力F向右拉P,直到拉动,那么在P被拉动之前的过程中,弹簧对P的弹力FT的大小和地面对P的摩擦力Ff的大小的变化情况是( )
A.弹簧对P的弹力FT始终增大,地面对P的摩擦力始终减小
B.弹簧对P的弹力FT保持不变,地面对P的摩擦力始终增大
C.弹簧对P的弹力FT保持不变,地面对P的摩擦力先减小后增大
D.弹簧对P的弹力FT先不变后增大,地面对P的摩擦力先增大后减小
B
5.
两个宽度同为d的水平光滑直角槽,槽两边在同一水平面上,上面分别放两个质量分布均匀的小球,两个球的质量相同,半径为R1和R2,每个球受到槽单侧边沿的弹力分别为FN1和FN2,已知R2>
R1>
,则FN1和FN2的关系正确的是( )
A.FN1=FN2
B.FN1<
FN2
C.FN1>
D.以上条件不能确定FN1和FN2的大小关系
对小球受力分析如图所示,每个球受到槽两侧边沿的弹力均为FN,有F=2FNcos
=mg,因为R2>
R1,所以θ2<
θ1,cos
>
cos
,可得FN1>
FN2.
6.木块甲、乙分别重50N和60N,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25.夹在甲、乙之间的轻弹簧被压缩了2cm,弹簧的劲度系数为400N/m.系统置于水平地面上静止不动.现将F=1N的水平拉力作用在木块乙上,如图所示,力F作用后( )
A.木块甲所受摩擦力大小是12.5N
B.木块甲所受摩擦力大小是11.5N
C.木块乙所受摩擦力大小是9N
D.木块乙所受摩擦力大小是7N
由题意可得木块乙受到的最大静摩擦力Fmax=μFN=0.25×
60N=15N,弹簧的弹力F弹=kx=400×
0.02N=8N,木块乙受到向右的力F弹+F=9N<
Fmax,故木块乙仍静止.由平衡条件可得木块乙受到向左的摩擦力Ff乙=F弹+F=9N,故C正确,D错误;
木块甲受到的最大静摩擦力F′max=μF′N=0.25×
50N=12.5N,弹簧的弹力F弹=8N<
F′max,故甲仍静止,受到向右的摩擦力Ff甲=F弹=8N,故A、B错误.